Innovative Generation von Protonen-Austausch-Membran-Brennstoffzellen (PEMFC) unter Einsatz von Nanomembran-Funktionsgruppen

Das vorgeschlagene Projekt widmet sich der theoretischen und experimentellen Untersuchung von Methoden zur Leistungssteigerung von Wasserstoff-Brennstoffzellen basierend auf Protonen-Austausch-Membranen (PEM FC). Aufgabe des Projektes ist dabei die Erarbeitung von möglichen Optimierungen, um die Brennstoffzellen-Kosten pro Kilowatt zu senken, die spezifische Leistung bzw. Leistungsdichte zu steigern und damit zukünftig sehr kompakte Brennstoffzellen zu realisieren. Die Lösungsstrategie für dieses anspruchsvolle Ziel ist dabei die Anwendung der aktuellen Fortschritte im Bereich der Nanotechnologien, im Speziellen der Einsatz nanostrukturierter Materialien im Membran-Elektroden-Aufbau der Brennstoffzellen. Insbesondere ist die Untersuchung der möglichen Anwend-ung verschiedener Arten von Nanomembranen, die vor kurzem in Österreich entwickelt und herge-stellt wurden. Dieser Lösungsansatz unterscheidet sich wesentlich von den meisten gegenwärtig in diesem Technologiefeld laufenden Untersuchungen, die sich überwiegend mit evolutionären Änder-ungen von Lösungen befassen, die dem heutigen Stand der Technik entsprechen.

Die Motivation der vorgeschlagenen Forschungsaktivitäten ist der weltweit steigende Energiebedarf, gepaart mit den schwindenden Ressourcen fossiler Energieträger, den Forderungen nach Reduktion der Treibhausgasmengen und damit Minimierung der globalen Erwärmung. Brennstoffzellen sind ein Schritt in eine wasserstoff-basierte Wirtschaft mit dem Ziel emissionsfreier erneuerbarer Energie-quellen. Die hohen Kosten pro Kilowatt heutiger Brennstoffzellen haben jedoch bis heute den Durch-bruch dieser Technologie verwehrt. Da die erforderliche Kostenersparnis für die neue Entwicklung in signifikantem Umfang gelingen muss, sind wir der Überzeugung, dass die dafür eingesetzten techno-logischen Maßnahmen und Veränderungen zwar radikal sein sollen, sich jedoch gleichzeitig an be-währten Konzepten orientieren müssen, um eine hohe Erfolgswahrscheinlichkeit zu sichern.

Das Projekt ist als Kurzzeitprojekt im Bereich der Grundlagenforschung mit einer Laufzeit von 14 Monaten ausgelegt und wird in internationaler Kooperation durchgeführt. Hauptthema ist die Unter-suchung neuer Methoden für den Protonentransport in optimierten Nanomembran-Strukturen. Es ist geplant, sowohl biomimetrische als auch künstliche anorganische Strukturen zu erforschen. Wir wer-den verfügbare Alternativen theoretisch untersuchen und diese mit experimentellen Arbeiten verifi-zieren. Darüber hinaus ist vorgesehen, die Forschungsaktivitäten zu den aussichtsreichsten Struk-turen bis zum funktionellen Modell einer optimierten Membran-Elektroden-Einheit weiterzuführen. Die diesbezüglichen Forschungsarbeiten stehen heute weltweit gesehen noch am Anfang.

Die positiven Projektergebnisse werden daher ein funktionelles Modell der optimierten Membran-Elektroden-Einheit enthalten, Empfehlungen für das weitere Vorgehen beschreiben und nach Abschätzung der erreichten Entwicklungsziele als Basis für ein Nachfolgeprojekt in Richtung fortschrittlicher neuer Brennstoffzellen fungieren.

Inhaltlich steht das vorgeschlagene Projekt in direktem Bezug zu dem Prioritätsthema 2.4.6.5 (Brennstoffzellen) im FFG-Programm ‚Energie für die Zukunft‘ und deckt weitere ähnliche Themenfelder, einschließlich 2.4.3.2 (Zero CO2 Branchenlösungen) ab.